Forradalmi felfedezés: A kutatók toponiumot találtak az LHC-ben!

Forradalmi felfedezés: A kutatók toponiumot találtak az LHC-ben!

A kutatók a Hamburgi Egyetem és a DESY úttörő előrelépést tett a részecskefizikában azáltal, hogy bizonyítékot talált a topónium részecske jelenlétére. A topónium a felső kvark és antirészecskéje, az anti-top kvark közötti kötött állapotból keletkezik. Ez a felfedezés döntő fontosságú új betekintést nyújthat minden anyag alapvető szerkezetébe.

Az előrelépést két kísérletben kapott jelek tették lehetővé Nagy hadronütköztető A CERN LHC-t azonosították. A felső kvark, a legnehezebb ismert elemi részecske, a másodperc egy kvadrilliod része alatt bomlik le, ami alátámasztja a kötött állapotok megfigyelésének rendkívüli kihívást jelentő feltételezését. Eddig az volt a vélemény, hogy az antirészecskével ilyen állapotot nem lehetett kimutatni, de az új adatok megingatják ezt a nézetet.

Felfedezés kísérletekben

A topónium felfedezése egymástól függetlenül történt az LHC CMS és ATLAS kísérleteiben. A kutatók szerint nagyobb mennyiségben mértek alacsony kinetikus energiájú felső kvarkot, ami lehetővé teszi a topónium kialakulását. A toponiumra utaló első jelek már a 2016-os CMS-kísérletben voltak, amit további 2017-es és 2018-as adatokkal erősítettek meg. Az ATLAS saját adatai alapján tudta megerősíteni a kapcsolatot, ami tovább erősíti az eredmények relevanciáját.

Laurids Jeppe, a Hamburgi Egyetem doktorandusza hangsúlyozza, hogy a ritka folyamatok mérése során elért precizitás figyelemre méltó. Az elért eredményeket az Európai Fizikai Társaság Nagyenergiájú Fizikai Konferenciáján végezték el.

Ezenkívül a CMS-kísérlet elemzései egy váratlan tulajdonságot tártak fel a csúcskvarkok viselkedésében. Ez a megfigyelés arra utal, hogy a csúcskvarkok antirészecskéikkel, az úgynevezett topóniummal rövid időre „kvázi-kötött állapotot” alkotnak. Ez a felfedezés nemcsak meglepő, de új részecskéket is előrevetíthet, amelyek a jelenlegi szabványos részecskefizikai modell határait tesztelik.

Mérések és jelentésük

A CMS-kísérlet azt találta, hogy a felső kvark-antikvark párok feleslegének termelési keresztmetszete 8,8 pikobarn (pb), 1,3 pb bizonytalansággal, ami „öt szigma” megbízhatósági szintet ért el. Az ATLAS együttműködés azt találta, hogy ugyanazokat a hatásokat erősítették meg a teljes LHC Run-2 adatok, a termelési keresztmetszet 9,0±1,3 pb-re mérve, és kizárva azokat a szignifikáns modelleket, amelyek figyelmen kívül hagyják a kvázi-kötött állapot kialakulását.

Egy alternatív magyarázó modell magában foglalhatja egy új részecske létezését, amelynek tömege közel kétszerese a felső kvark tömegének. A jelenségek végleges értelmezéséhez azonban a kvarkok és gluonok viselkedésének pontos modellezése szükséges nagyenergiájú ütközések során.

A Toponium felfedezése nemcsak a Quarkonia megértését bővítené, hanem a kutatási környezetet is az erős kölcsönhatás tanulmányozásának új módszerei felé terelné. Ezek a nehéz kvark-antikvark párosítások már a charmonian és a bottomonian korábbi felfedezéseit képviselik az 1970-es években, és az LHC folyamatban lévő harmadik fázisa várhatóan további adatokkal szolgál majd a legfontosabb kvark-antikvark kölcsönhatások további feltárásához.